RU2765077C1 - Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина - Google Patents
Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765077C1 RU2765077C1 RU2021104780A RU2021104780A RU2765077C1 RU 2765077 C1 RU2765077 C1 RU 2765077C1 RU 2021104780 A RU2021104780 A RU 2021104780A RU 2021104780 A RU2021104780 A RU 2021104780A RU 2765077 C1 RU2765077 C1 RU 2765077C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- peat
- shungite
- dimethylhydrazine
- sorbent
- udmh
- Prior art date
Links
- RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dimethyhydrazine Chemical compound CN(C)N RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 90
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000003415 peat Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000008057 potassium phosphate buffer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 32
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 14
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 239000000047 product Substances 0.000 description 18
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 16
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 10
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002760 rocket fuel Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 5
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229940015043 glyoxal Drugs 0.000 description 4
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 4
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 4
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 4
- DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dimethylhydrazine Chemical compound CNNC DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 150000007857 hydrazones Chemical class 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical class OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- UMFJAHHVKNCGLG-UHFFFAOYSA-N n-Nitrosodimethylamine Chemical compound CN(C)N=O UMFJAHHVKNCGLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 241000272194 Ciconiiformes Species 0.000 description 1
- CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N Perchloroethylene Chemical group ClC(Cl)=C(Cl)Cl CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-N calcium;phosphoric acid Chemical compound [Ca+2].OP(O)(O)=O.OP(O)(O)=O YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 description 1
- 239000001177 diphosphate Substances 0.000 description 1
- XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J diphosphate(4-) Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 235000011180 diphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000009982 effect on human Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 231100000219 mutagenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003505 mutagenic effect Effects 0.000 description 1
- PRGCYUAJTPIADR-WAYWQWQTSA-N n-[(z)-dimethylaminodiazenyl]-n-methylmethanamine Chemical compound CN(C)\N=N/N(C)C PRGCYUAJTPIADR-WAYWQWQTSA-N 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 1
- 150000003016 phosphoric acids Chemical class 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000013404 process transfer Methods 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000005464 sample preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000003802 soil pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002426 superphosphate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229950011008 tetrachloroethylene Drugs 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62D—CHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
- A62D3/00—Processes for making harmful chemical substances harmless or less harmful, by effecting a chemical change in the substances
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности нейтрализации проливов 1,1-диметилгидразина и его водных растворов на почву и грунт, а именно изобретение относится к торфо-шунгитному сорбенту-катализатору для нейтрализации 1,1-диметилгидразина, полученному в результате смешивания калий-фосфатного буферного раствора с концентрацией 0.01-0.015 моль/л с сухой торфо-шунгитной смесью, в состав которой входит низовой торф (содержание 25-75% от общего объема) и шунгит разновидности III (содержание 25-75% от общего объема), и затем полного осушения полученной смеси. Технический результат изобретения заключается в разработке состава сорбента-катализатора, отличающегося простотой изготовления и применения, дешевизной, экологической безопасностью и высокой эффективностью. 3 ил., 5 табл.
Description
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности нейтрализации проливов 1,1-диметилгидразина и его водных растворов на почву и грунт, а также предотвращения испарения и дальнейшего распространения.
1,1-Диметилгидразин (НДМГ) входит в состав ракетного топлива как горючее. Из-за больших масштабов его применения производство НДМГ является многотоннажным. Как известно, при эксплуатации ракетного топлива возможны технические проливы, связанные с перекачкой, транспортировкой, сливо-наливными операциями. Кроме того, НДМГ попадает в почву и грунт при падении отделяемых частей ракетоносителей. НДМГ - это токсичное вещество 1 класса опасности, проявляющее мутагенные и канцерогенные свойства [Новые аспекты исследования последствий использования гептила в ракетной технике / под ред. Я. Т. Шатрова. - Москва: Пеликан, 2008 - 120 с]. Предельно допустимая концентрация содержания НДМГ в почве (грунте) составляет 0.1 мг/кг [ГН 2.1.7.2735-10 «Предельно допустимая концентрация (ПДК) 1,1-диметилгидразина (гептила) в почве»]. Для продуктов трансформации диметилгидразина установлены нормы для почв только в Казахстане [Приказ №83 от 30.04.09 Председателя - Главного государственного санитарного врача республики Казахстан]: для нитрозодиметиламина - 0.01 мг/кг, для тетраметилтетразена - 0.1 мг/кг.
В последнее время особо остро стоят вопросы об охране окружающей среды, в частности, обезвреживание поверхностей от компонентов жидкого ракетного топлива. Решение этих вопросов осложняется тем, что высокотоксичные, химически активные вещества при относительно низкой концентрации загрязняют большие площади поверхностей.
Из-за своей высокой растворимости в воде НДМГ и продукты его трансформации легко проникают и распространяются в почве, сохраняясь в местах проливов длительное время (несколько десятков лет). Таким образом, возникают области, опасные для нахождения человека и любого другого живого существа, поскольку растения, включая НДМГ в свой жизненный цикл, распространяют токсичные вещества.
Существующие методы обеззараживания НДМГ и продуктов его трансформации на промышленных стоках не могут быть применены для нейтрализации экотоксиканта на местах пролива. Наиболее часто для детоксикации промстоком НДМГ применяют окислители, в состав которых входит активный хлор или пероксиды [патент RU 2282486С2, «Способ детоксикации несимметричного диметилгидразина и продуктов его трансформации в воздушной, водных и грунтовых средах», Федеральное унитарное государственное предприятие «Научно-производственное объединение машиностроения». 2006, патент RU 2290977С2, «Способ очистки водных стоков, почвы и сыпучих материалов от токсичных веществ и микроорганизмов», Василенко В.В., Кручинин Н.А., Сальников А.А., Смирнов П.Л.. 2007]. Такие методы имеют ряд существенных недостатков: строгого соблюдения техники безопасности при работе с пероксидами и хлорсодержащими веществами, использование дорогостоящих реакционноспособных соединений, необходимость утилизации избытка применяемого реагента.
Относительно недавно был предложен способ обезвреживания грунта от НДМГ, посредством одновременного воздействия на грунт электронным пучком дозой 20 кГр и механическими акустическими колебаниями 10 Вт [патент RU 2601568С2, «Способ обезвреживания грунта от гептила», Ермаков В.В, Колосков С.А., Егоркин А.В., Часовских А.В. 2013]. Недостатками этого способа являются дороговизна, использование специального оборудования, невозможность применения метода в трудно доступных районах.
Большинство химических методов обезвреживания НДМГ основано на его окислении либо превращении в другие соединения. Известна реакция взаимодействия НДМГ с глиоксалем. Способ детоксикации несимметричного диметилгидразина в почве и грунте осуществляют путем обработки химическим реагентом в виде водного раствора глиоксаля концентрацией от 10 до 40 об.%, при стехиометрическом соотношении НДМГ и глиоксаля не менее 1:3 [патент RU 2424020С1, «Способ детоксикации несимметричного диметилгидразина в почве и грунте», Родин И.А., Смоленков А.Д., Шпигун О.А., Попик М.В. 2011]. В данном случаем продуктом связывания НДМГ является его монопроизводное - моно-диметилгидразон глиоксаль. Наличие еще одного производного гептила, чье влияние на человека недостаточно изучено, как и возможный гидролиз гидразона с образованием НДМГ, являются основными недостатками этого метода.
В последнее время большое внимание удаляется происхождению используемых материалов, их экологичности. Известно, торф - это природный материал, представляющий собой сложную полидисперстную многокомпонентную систему, в состав которой входят компоненты неорганического и органического происхождения. В частности, торф является источником соединений гуминового и лигнинового ряда, которые в свою очередь за счет наличия большого числа функциональных групп способны взаимодействовать с НДМГ [Ульяновский Н. В., Покрышкин С.А., Косяков Д. С, Кожевников А.Ю., Ивахнов А.Д., Боголицын К.Г. Хромато-масс-спектрометрическая идентификация продуктов трансформации 1,1-диметилгидразина в торфяной почве. // Химия растительного сырья. - 2012. -N3. - С. 181-187.].
Основываясь на этих особенностях торфа, был предложен способ обеззараживания проливов ракетного топлива сорбентом с карбоксильными группами [патент RU 2529999С1, «Сорбент для обезвреживания проливов ракетного топлива», Боголицын К.Г., Кожевников А.Ю., Косяков Д.С, Семушина М.П. 2013]. В качестве носителя карбоксильных групп применяется гидролизный лигнин со степенью влажности 0-30% с размерами частиц 1-2 мм. Источником лигнина служил верховой торф. Удаление НДМГ с мест пролива происходит путем связывания токсичного вещества с сорбентом. При этом разложения или превращения НДМГ в нейтральные соединения под действием лигнина почти не происходит, что является недостатком предлагаемого способа. Кроме того, обезвреживание грунта требует дополнительной операции по извлечению применяемого сорбента и утилизации отработанного сорбента.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является метод очистки грунта от токсических органических веществ в присутствии пористого углеродсодержащего сорбента с добавками пероксида щелочных и щелочноземельных металлов [патент RU 2397791С2 «Состав и способ обезвреживания грунта от проливов токсичных органических веществ с применением этого состава», Козлов Д.В., Окунев А.Г., Пархомчук Е.В., Путырский В.П., Ямпольский В.А., 2008]. На грунт наносят обезвреживающее вещество в виде порошка или суспензии и при необходимости перемешивают с грунтом. Необходимое количество обезвреживающего состава рассчитывается по соотношению: на 1 кг загрязнителя - от 20 до 100 килограммов смеси, содержащей пероксид щелочного или щелочноземельного металла и углеродсодержащий сорбент. При этом массовая доля угольного сорбента в составе может составлять от 1 до 99 мас. %. В качестве угольного сорбента могут быть использованы любые виды пористых углей с развитой внутренней поверхностью, составляющей не менее 5 м2/г.К таким материалам относятся, например, древесный уголь, синтетические угли с развитой поверхностью более 100 м2/г, либо ископаемые углеродсодержащие материалы, например, шунгит [патент RU 2253520С1 «Способ обезвреживания технологических проливов жидкостей, содержащих 1,1-диметилгидразин, Манышев Д.А., Попов О.В., Островская В.М., Давидовский Н.В., Прокопенко О.А., Буряк А.К., Ульянов А.В., Голуб С.Л., Луговская И.Г., Ануфриева С.И., 2005]. Кроме того, шунгит обладает каталитическими свойствами в реакциях разложения НДМГ [Голуб С.Л. «Хромато-масс-спектрометрия продуктов трансформации несимметричного диметилгидразина на поверхности шунгитового материала»: дисс.... канд. хим. наук: 05.11.11, Москва, 2007].
Предлагаемый состав для обезвреживания мест пролива высокотоксичного 1,1-диметилгидразина направлен на снижение таких недостатков как трудоемкость, высокая стоимость реагентов, а также необходимость дальнейшего извлечения и нейтрализации применяемого сорбента. Растворы солей фосфорной кислоты применяются для отмывки емкостей и заправочного оборудования от остатков НДМГ [патент RU 2260073 С2 «Способ удаления компонентов ракетного топлива с металлических поверхностей и оборудования», Федеральное унитарное государственное предприятие «Научно-производственное объединение машиностроения», 2005] и способствуют ускорению процесса переноса загрязнителей с поверхности на сорбент-катализатор.
Технический результат изобретения заключается в разработке сорбента-катализатора, отличающегося простотой изготовления и применения, дешевизной, экологической безопасностью и высокой эффективностью.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина, полученный в результате смешивания калий-фосфатного буферного раствора с концентрацией 0.01-0.015 моль/л с сухой торфо-шунгитной смесью, в состав которой входит низовой торф (содержание 25-75% от общего объема) и шунгит разновидности III (содержание 25-75% от общего объема), и затем полного осушения полученной смеси.
Сущность и признаки заявленного изобретения в дальнейшем поясняются чертежами, где показано следующее:
на фиг. 1 - Хроматограмма исходного водного раствора 1,1-диметилгидразина;
на фиг. 2 - Хроматограммы проб растворов через один день после взаимодействия НДМГ с торфо-шунгитным сорбентом-катализатором;
на фиг. 3 - График зависимости изменения содержания диметилгидразина от времени взаимодействия с торфо-шунгитным сорбентом-катализатором и фосфатным буфером с разным соотношением основных компонентов.
Технической сущностью заявляемого состава является совместное использование торфа, шунгита и калий-фосфатного буфера для разложения НДМГ до нетоксичных веществ. В работе использовался шунгитовый материал, полученный из шунгитовых пород Зажогинского месторождения разновидности III. Основные параметры материала: удельная поверхность -6-20 м2/г и выше, суммарный объем пор - до 0.05-0.15 см3/см3 при эффективном радиусе 3-10 нм [Шунгиты - новое углеродистое сырье // Под ред. Соколова В.А., Калинина Ю.К., Дюккиева Е.Ф. - Петрозаводск: "Карелия", 1984. С. 98-99]. Методом электронной микроскопии был определен компонентный состав использованного шунгита (табл. 1).
Калий-фосфатный буфер - это смесь солей фосфорной кислоты, которые входят в состав неорганических удобрений. Согласно [ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве»] ПДК содержания суперфосфата в почве в пересчете на Р2О5 составляет 200 мг/кг.
Для определения содержания 1,1-диметилгидразина и продуктов его окисления в образцах применяли метод хромато-масс-спектроскопии, позволяющий надежно идентифицировать компоненты сложных органических смесей, их количество и относительные содержания.
Приготовление торфо-шунгитного сорбента-катализатора.
Для приготовления исходных сорбентов использовалась шунгитная мука производства ООО Карбон-Шунгит с дисперсностью частиц до 20 мкм, и сухой низовой торф компании ООО Велторф. При этом торф подвергался растиранию и просеиванию через сито с ячейками 1×1 мм2. Для получения сорбента торф и шунгит смешивались в различных пропорциях, содержание шунгита варьировалось от 25 до 75% от общего объема.
Для приготовления исходного буферного раствора (рН 5.8) смешали 1М водные растворы солей моно- (KH2PO4) и дифосфата калия (K2HPO4⋅3Н2О) в соотношении 91.5 и 8.5 мл соответственно. После отбирали 12.5 мл исходного буферного раствора и доводили дистиллированной водой до 1 л. Затем в сухую торфо-шунгитную смесь массой 500 грамм постепенно добавляется примерно 1000 мл калий-фосфатного буфера концентрации 0.0125 моль/л. Полученная смесь полностью осушается в течение нескольких дней при температуре 25°С и периодическом перемешивании.
Конечный продукт торфо-шунгитового сорбента-катализатора представляет собой порошок темно-коричневого цвета. В качестве примера представлены результаты исследований для двух видов приготовленного сорбента-катализатора, отличающихся соотношением торф/нгунгит: 50/50 и 75/25. Содержание фосфатного буфера соответствует 100 мг/кг в пересчете на P2O5.
Исходный водный раствор НДМГ хранился при комнатной температуре. Для исключения разложения НДМГ непосредственно в воде и растворе фосфатного буфера одновременно с подготовкой смывов для анализа, отбирали по 2 мл водного раствора диметилгидразина, проводили экстракцию дихлорметаном и анализировали в тех же условиях. Состав образца оставался стабилен на протяжении всего времени исследования: за 100 дней в пределах 5-10% никаких изменений не происходило. Появление продуктов трансформации возможно обнаружить лишь на уровне следов.
Приготовление образцов и пробоподготовка для анализа разложения НДМГ.
В герметичные стеклянные емкости засыпали торфо-шунгитный сорбент-катализатор и добавляли водный раствор НДМГ, концентрация основного компонента в исходном водном растворе составила 158 мг/мл. Загрязненность торфо-шунгитной смеси составила 494 г/кг.
Анализ литературы показал, что существует несколько наиболее часто применяемых методик для извлечения НДМГ и его производных из почв [МУК 4.1.035-01. Методика выполнения измерений. 1,1-диметилгидразин. Фотоколориметрическое определение массовой доли в пробах почвы. М.:
ГНЦ Институт биофизики ФМБА России, 2001, Д 52.18.579-97. Методические указания. Концентрация несимметричного диметилгидразина в пробах поверхностной, грунтовой, питьевой воды и почвы. Методика выполнения измерений методом хромато-масс-спектрометрии. НПО "Тайфун", МВИ №81-05. Методика выполнения измерений массовой доли суммарных форм 1,1-диметилгидразина в почве методом ионной хроматографии с амперометрическим детектированием. М.: Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2005.]. Однако нет универсального подхода к извлечению НДМГ и продуктов его трансформации, что обусловлено разными целями и задачами исследований, наличием и доступностью специального оборудования для научных групп, а также разнообразием продуктов трансформации НДМГ.
Как отмечалось выше, гуминовые и лигниновые составляющие торфа содержат большое количество реакционноспособных карбоксильных и карбонильных групп, которые играют основную роль в связывание 1,1-диметилгидразина с образованием гидразонов по схеме [Ушакова В.Г., Шпигун О.Н., Старыгин О.И. Особенности химических превращений НДМГ и его поведение в объектах окружающей среды // Ползуновский вестник. -2004. -№4. - С. 177- 184.]:
(CH3)2-N-N-H2+СН2=O→H2C=N-N-(CH3)2+H2O.
Кроме того, при взаимодействии ацетона с НДМГ также происходит связывание последнего, при этом основным продуктом реакции является диметилгидразон [Парамонов С.А. «Физико-химические характеристики сорбции и хромато-масс-спектрометрия производных 1,1-диметилгидразина»: дисс.… канд. хим. наук: 02.00.04, Москва, 2010]:
(CH3)2-N-N-H2+СН3-СО-СН3→(СН3)2-C=N-N-(CH3)2+H2O.
Таким образом, во-первых, при определении основных загрязняющих почву веществ корректней говорить не о 1,1-диметилгидразине, а его производных - гидразонах. Во-вторых, ацетон является не только наиболее доступным растворителем для смыва анализируемых веществ с сорбента-катализатора, но и способствует более полному связыванию НДМГ в хромато-масс-спектрометрически определяемые соединения.
При разработке заявленного состава, в ходе пробоподготовки анализируемых образцов, торфо-шунгитную смесь, зараженную НДМГ, промывали избыточным количеством ацетона с целью перевода 1,1-диметилгидразина в гидразоны и для максимального извлечения продуктов трансформации из сорбента. Для оценки степени извлечения продуктов трансформации НДМГ и подтверждения адекватности применяемого метода пробоподготовки провели сравнительные анализ содержания веществ, внесенных в торфо-шунгитную смесь и вымытых из нее ацетоном (табл. 2).
Данные хромато-масс-спектрометрического анализа исходного водного раствора НДМГ (после добавления ацетона) представлены на фиг. 1 и сведены в табл. 3. Следует отметит, что проявившийся на хроматограмме на 7-ой минуте пик соответствует тетрахлорэтилену, который является примесью растворителя (дихлорметана). Сравнительно большое количество примеси обусловлено упариванием пробы перед анализом.
Через сутки в приготовленную смесь сорбента-катализатора и НДМГ добавили 5 мл ацетона. Через 1 час все содержимое емкости поместили на фильтр «белая лента» и промыли 50 мл ацетона. Для осушки полученного раствора добавили 60 мл дихлорметана, а затем осушитель - сульфат натрия, до того момента как раствор стал прозрачным, а осушитель перестал комковаться. Полученный раствор отфильтровали. При фильтрации остаток на фильтре промыли небольшим количеством дихлорметана. Изменения состава водного раствора НДМГ отражены на фиг. 2.
Подготовка анализируемых проб в разные периоды взаимодействия торфо-шунгитного сорбента-катализатора и водного раствора НДМГ осуществлялась аналогично пробоподготовке после первого дня взаимодействия.
Изменения содержания НДМГ и продуктов его разложения после взаимодействия с торфо-шунгитным сорбентом-катализатором для соотношения торф/шунгит = 50/50 и торф/шунгит = 75/25 представлено в табл.4 и 5 соответственно. В первый день взаимодействия торфо-шунгитного сорбента-катализатора с водным раствором НДМГ в смеси наблюдаются только его исходные примеси. Содержание продуктов трансформации НДМГ и исходных примесей резко уменьшается с течением времени.
На фиг. 3 представлена общая динамика изменения концентрации НДМГ в течение 100 дней взаимодействия с предлагаемым сорбентом-катализатором.
Согласно полученным данным, содержание НДМГ резко падает в первые 20 суток, а полное его разложение наблюдается примерно на шестидесятый день взаимодействия. При этом следует отметить, что содержание НДМГ и продуктов его трансформации продолжает снижаться и к сотому дню значительно меньше величины ПДК, примерно в сто раз.
Таким образом, применение заявленного сорбента-катализатора совместно с калий-фосфатным буфером позволит в короткие сроки полностью обезвредить места пролива 1,1-диметилгидразина и его водных растворов на поверхности почв и грунта, а также предотвратить его дальнейшее испарение. Кроме того, наличие в применяемом торфо-шунгитном сорбенте-катализаторе калий-фосфатного буфера и компонентов природного происхождения позволит сбалансировать находящиеся в почве азотистые соединения и не потребует дополнительной рекультивации грунта. Для нейтрализации НДМГ и продуктов его трансформации в зависимости от степени загрязненности места пролива рекомендуется применять от 100 до 1 кг торфо-шунгитного сорбента-катализатора на поверхность площадью 1 м2 в диапазоне концентраций от 500 г/кг до ПДК.
Claims (1)
- Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина, полученный в результате смешивания калий-фосфатного буферного раствора с концентрацией 0.01-0.015 моль/л с сухой торфо-шунгитной смесью, в состав которой входит низовой торф (содержание 25-75% от общего объема) и шунгит разновидности III (содержание 25-75% от общего объема), и затем полного осушения полученной смеси.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104780A RU2765077C1 (ru) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104780A RU2765077C1 (ru) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020112428A Previously-Filed-Application RU2020112428A (ru) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2765077C1 true RU2765077C1 (ru) | 2022-01-25 |
Family
ID=80445304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021104780A RU2765077C1 (ru) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2765077C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114602468A (zh) * | 2022-02-10 | 2022-06-10 | 中国人民解放军63605部队 | 催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260073C2 (ru) * | 2003-06-16 | 2005-09-10 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" | Способ удаления компонентов ракетного топлива с металлических поверхностей и оборудования |
| RU2397791C2 (ru) * | 2008-10-07 | 2010-08-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Состав и способ обезвреживания грунта от проливов токсичных органических веществ с применением этого состава |
| RU2470872C2 (ru) * | 2011-01-28 | 2012-12-27 | Александр Иванович Калинин | Сорбент-катализатор для очистки природных и сточных вод и способ его получения |
| US9144784B2 (en) * | 2005-09-30 | 2015-09-29 | Abs Materials | Sorbent material and method for using the same |
| US9937538B2 (en) * | 2012-06-07 | 2018-04-10 | Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research | Hydrocarbon sorbent materials |
| RU2709130C1 (ru) * | 2019-07-01 | 2019-12-16 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) | Способ детоксикации 1,1-диметилгидразина и продуктов его трансформации в водных средах |
-
2021
- 2021-04-02 RU RU2021104780A patent/RU2765077C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260073C2 (ru) * | 2003-06-16 | 2005-09-10 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" | Способ удаления компонентов ракетного топлива с металлических поверхностей и оборудования |
| US9144784B2 (en) * | 2005-09-30 | 2015-09-29 | Abs Materials | Sorbent material and method for using the same |
| RU2397791C2 (ru) * | 2008-10-07 | 2010-08-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Состав и способ обезвреживания грунта от проливов токсичных органических веществ с применением этого состава |
| RU2470872C2 (ru) * | 2011-01-28 | 2012-12-27 | Александр Иванович Калинин | Сорбент-катализатор для очистки природных и сточных вод и способ его получения |
| US9937538B2 (en) * | 2012-06-07 | 2018-04-10 | Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research | Hydrocarbon sorbent materials |
| RU2709130C1 (ru) * | 2019-07-01 | 2019-12-16 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) | Способ детоксикации 1,1-диметилгидразина и продуктов его трансформации в водных средах |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114602468A (zh) * | 2022-02-10 | 2022-06-10 | 中国人民解放军63605部队 | 催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法 |
| CN114602468B (zh) * | 2022-02-10 | 2024-05-28 | 中国人民解放军63605部队 | 催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yu et al. | The removal of heavy metal from aqueous solutions by sawdust adsorption—removal of copper | |
| Zhang et al. | Stabilization/solidification (S/S) of mercury-contaminated hazardous wastes using thiol-functionalized zeolite and Portland cement | |
| Zhang et al. | In vitro soil Pb solubility in the presence of hydroxyapatite | |
| Maity et al. | Removal of Cu, Pb and Zn by foam fractionation and a soil washing process from contaminated industrial soils using soapberry-derived saponin: a comparative effectiveness assessment | |
| Nalewajko et al. | Effects of manipulations of aluminum concentrations and pH on phosphate uptake and photosynthesis of planktonic communities in two Precambrian Shield lakes | |
| Lee et al. | Sorption of perfluoroalkyl phosphonates and perfluoroalkyl phosphinates in soils | |
| Menezes et al. | Equilibrium, kinetics and thermodynamics of lead (II) adsorption in bioadsorvent composed by Caryocar coriaceum Wittm barks | |
| Tao et al. | Immobilization of metals in contaminated soils using natural polymer-based stabilizers | |
| da Silva et al. | Metal ion complexation properties of fulvic acids extracted from composted sewage sludge as compared to a soil fulvic acid | |
| Madrid et al. | Natural attenuation of fluorene and pyrene in contaminated soils and assisted with hydroxypropyl-β-cyclodextrin. Effect of co-contamination | |
| RU2765077C1 (ru) | Торфо-шунгитный сорбент-катализатор для нейтрализации 1,1-диметилгидразина | |
| Rosen et al. | Effects of compost application on soil vulnerability to heavy metal pollution | |
| Dutta et al. | Removal of mercury from its aqueous solution using charcoal-immobilized papain (CIP) | |
| Wen et al. | Chemical and microbiological responses of heavy metal contaminated sediment subject to washing using humic substances | |
| Aziz et al. | Treatment of fluoride contaminated water using mango (Mangifera indica) leaves powder as an adsorbent | |
| Song et al. | The immobilization of heavy metals in biosolids using phosphate amendments—comparison of EPA (6010 and 3051) and selective sequential extraction methods | |
| Akinwole et al. | Ecotoxicity evaluation using the avoidance response of the oribatid mite Oppia nitens (Acari: Oribatida) in bioplastics, microplastics, and contaminated Superfund field sites | |
| Melamed et al. | Mechanisms of physico-chemical interaction of mercury with river sediments from a gold mining region in Brazil: Relative mobility of mercury species | |
| Fabregat-Palau et al. | Assessment of PFAS contamination in agricultural soils: Non-target identification of precursors, fluorine mass balance and microcosm studies | |
| RU2709130C1 (ru) | Способ детоксикации 1,1-диметилгидразина и продуктов его трансформации в водных средах | |
| Hodson et al. | Amendments of waste ochre from former coal mines can potentially be used to increase soil carbon persistence | |
| JP7117809B1 (ja) | コンクリートスラッジ処理物の製造方法 | |
| Saran et al. | Performance assessment of sawdust as adsorbent for Cr (VI) removal from aqueous solutions: A kinetic modeling | |
| Zaghoud et al. | Kinetic and thermodynamic of gentian violet removal by 2, 3-dialdehyde nanocellulose | |
| Lafrance et al. | Organic compounds adsorption onto activated carbon: the effect of association between dissolved humic substances and pesticides |